大跨現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)研究

中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300011

1 概述

目前，張拉力控制和張拉伸長(zhǎng)量控制被作為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件張拉力效果的主要控制因素。《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002—2017）規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮6項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失，其中最主要的一項(xiàng)為預(yù)應(yīng)力筋與管道間的摩擦損失。對(duì)于一般簡(jiǎn)支箱梁，管道摩阻導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失比例可達(dá)15.6%，該部分約占全部預(yù)應(yīng)力損失的25.8%；對(duì)于曲線大跨度連續(xù)梁，管道摩阻導(dǎo)致通長(zhǎng)束的預(yù)應(yīng)力損失比例為50%～56%。

2 影響現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力的主要因素

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土梁設(shè)計(jì)時(shí)，極其重要的一點(diǎn)就是合理地計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失。對(duì)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致梁端混凝土局部破壞或梁體預(yù)拉區(qū)開(kāi)裂，且延性降低；對(duì)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算過(guò)低，就不能有效地提高預(yù)應(yīng)力混凝土梁的抗裂度和剛度。為保證運(yùn)營(yíng)階段列車(chē)行駛的平穩(wěn)性和安全性，應(yīng)消除因預(yù)應(yīng)力計(jì)算不準(zhǔn)確而對(duì)梁體產(chǎn)生的影響。在施工階段，應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力束張拉力，嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力管道的定位和成孔工藝，這是施工階段控制張拉力的關(guān)鍵所在。終張拉前進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道摩阻測(cè)試，根據(jù)μ、k實(shí)測(cè)值來(lái)調(diào)整實(shí)際的張拉力，以保證現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力施加準(zhǔn)確，繼而保證梁體本身施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

3 蒙華鐵路現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力控制措施

3.1 摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k

《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10092—2017）中的預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失計(jì)算公式如下：

式中：θ為從張拉端至計(jì)算截面的長(zhǎng)度上鋼束彎起角之和；x為從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度。

當(dāng)取全部管道長(zhǎng)度進(jìn)行管道摩阻測(cè)試時(shí)，由式（1）可以得出，被動(dòng)端的張拉力P2與主動(dòng)端的張拉力P1之間的關(guān)系如下：

式中：θ為從主動(dòng)端至被動(dòng)端預(yù)應(yīng)力管道全長(zhǎng)的曲線空間包角和；l為主動(dòng)端至被動(dòng)端預(yù)應(yīng)力管道的全長(zhǎng)。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)主、被動(dòng)端安裝的空心式壓力傳感器可以測(cè)得P1和P2。通過(guò)對(duì)梁體n個(gè)不同預(yù)應(yīng)力管道的測(cè)試，理論上可以得到一系列的方程式，如下：

由于實(shí)際測(cè)試均存在誤差，式（6）的右邊不會(huì)為零，因此假設(shè)：

3.2 第三方摩阻試驗(yàn)

施工單位委托有資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在混凝土澆筑完成后、預(yù)應(yīng)力張拉前進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道摩阻力的測(cè)定，主要測(cè)定預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道摩擦系數(shù)μ和孔道偏差系數(shù)，以及錨口、喇叭口摩阻和錨具的回縮量。由施工單位向第三方檢測(cè)單位提供預(yù)應(yīng)力鋼絞線參數(shù)、成孔方式、錨具型號(hào)等原材料相關(guān)參數(shù)，第三方檢測(cè)單位需嚴(yán)格按照《鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁摩阻測(cè)試方法》（Q/CR 566—2017）的要求對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道摩阻力等進(jìn)行測(cè)定。針對(duì)第三方摩阻試驗(yàn)結(jié)果，建設(shè)單位召集施工單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及第三方檢測(cè)單位對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，并形成文件性依據(jù)，由施工單位提交各方確認(rèn)后的檢測(cè)結(jié)果給設(shè)計(jì)單位，作為設(shè)計(jì)單位校核驗(yàn)證錨下張拉控制應(yīng)力的依據(jù)。

3.3 設(shè)計(jì)單位調(diào)整張拉力

每個(gè)施工標(biāo)段至少做一組預(yù)應(yīng)力孔道摩阻力試驗(yàn)，應(yīng)對(duì)本標(biāo)段各種梁型和鋼束進(jìn)行梳理，選取代表性鋼束進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果作為本標(biāo)段內(nèi)預(yù)應(yīng)力施工的參照依據(jù)，若施工過(guò)程中更換未經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的管道、錨具類(lèi)型，需進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)。試驗(yàn)要求具體如下：

（1）管道摩阻試驗(yàn)、管道偏差系數(shù)試驗(yàn)、錨口及喇叭口損失試驗(yàn)需要分別進(jìn)行直線段預(yù)應(yīng)力張拉相關(guān)參數(shù)和曲線段預(yù)應(yīng)力張拉相關(guān)參數(shù)的測(cè)試。

（2）試驗(yàn)構(gòu)件的成孔方式及錨具、錨墊板等需與設(shè)計(jì)一致，建議選取至少2套以上不同規(guī)格的錨具進(jìn)行測(cè)試，每套錨具張拉3次。

（3）設(shè)計(jì)單位根據(jù)施工單位提供各方確認(rèn)后的預(yù)應(yīng)力孔道摩阻力檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)損失值與理論計(jì)算值不符時(shí)，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)單位重新計(jì)算，然后確定是否調(diào)整張拉力。

通過(guò)以下兩個(gè)示例具體說(shuō)明。

示例1：在蒙華鐵路某特大橋(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0#塊完成澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉之前由第三方檢測(cè)單位進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道摩阻力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為對(duì)于μ值，實(shí)測(cè)值為0.27，設(shè)計(jì)值為0.26；對(duì)于k值，實(shí)測(cè)值為0.0025，設(shè)計(jì)值為0.003。

根據(jù)實(shí)測(cè)μ、k值，重新檢算原結(jié)構(gòu)，該(48+80+48)m連續(xù)梁安全系數(shù)及各階段應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，錨下控制應(yīng)力維持原設(shè)計(jì)不變。鋼束伸長(zhǎng)值需根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值重新計(jì)算。根據(jù)錨口摩阻損失和喇叭口按試驗(yàn)報(bào)告取值，重新計(jì)算錨外控制應(yīng)力及錨外張拉力。

示例2：蒙華鐵路某特大橋(40+64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土道岔連續(xù)梁的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力鋼束摩阻試驗(yàn)結(jié)果為，對(duì)于μ值，實(shí)測(cè)值為0.2706，設(shè)計(jì)值為0.26；對(duì)于k值，實(shí)測(cè)值為0.000369，設(shè)計(jì)值為0.003。

經(jīng)重新檢算原結(jié)構(gòu)，為保證連續(xù)梁結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求，對(duì)部分預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)計(jì)參數(shù)和梁體撓度表進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整跨中縱向預(yù)應(yīng)力鋼束B(niǎo)7、B8、B9、B10、B11的錨下張拉控制應(yīng)力，并相應(yīng)調(diào)整其鋼束伸長(zhǎng)量，如表1所示。

表1 張拉力、伸長(zhǎng)量調(diào)整前后對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

在蒙華項(xiàng)目大跨現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力控制過(guò)程中，通過(guò)引入第三方檢測(cè)單位對(duì)各個(gè)標(biāo)段具有代表性的大跨連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力孔道的摩阻系數(shù)μ及變形系數(shù)k進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定。在各方對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)后，設(shè)計(jì)單位根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)原大跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新檢算以確定是否需要調(diào)整張拉力的過(guò)程真正做到了項(xiàng)目建設(shè)各方均全程介入預(yù)應(yīng)力控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行有效的過(guò)程控制，從而把可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率降到最低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有極其重要的指導(dǎo)意義，也對(duì)國(guó)內(nèi)其他在建鐵路起到了很好的示范作用。